From fc3ec276bc47d208beaf2d7602258e13de1385a1 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Benedikt Peetz Date: Mon, 16 Sep 2024 18:41:09 +0200 Subject: chore(references): Add testing data --- .../content/05_aufbau/chapter.tex | 9 +++ .../05_aufbau/figures/DetektorComparison.tex | 64 +++++++++++++++++++ .../content/05_aufbau/figures/builtModel.tex | 11 ++++ .../content/05_aufbau/figures/fullProcess.tex | 47 ++++++++++++++ .../content/05_aufbau/figures/materialien.tex | 21 ++++++ .../content/05_aufbau/figures/threeDModel.tex | 74 ++++++++++++++++++++++ .../content/05_aufbau/sections/auswertung.tex | 54 ++++++++++++++++ .../content/05_aufbau/sections/design.tex | 37 +++++++++++ .../content/05_aufbau/sections/kalibrierung.tex | 59 +++++++++++++++++ .../05_aufbau/sections/material_und_methoden.tex | 48 ++++++++++++++ .../vergleich_dieses_aufbaus_zu_dem_des_papers.tex | 7 ++ 11 files changed, 431 insertions(+) create mode 100644 reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/chapter.tex create mode 100644 reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/figures/DetektorComparison.tex create mode 100644 reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/figures/builtModel.tex create mode 100644 reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/figures/fullProcess.tex create mode 100644 reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/figures/materialien.tex create mode 100644 reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/figures/threeDModel.tex create mode 100644 reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/sections/auswertung.tex create mode 100644 reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/sections/design.tex create mode 100644 reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/sections/kalibrierung.tex create mode 100644 reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/sections/material_und_methoden.tex create mode 100644 reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/sections/vergleich_dieses_aufbaus_zu_dem_des_papers.tex (limited to 'reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau') diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/chapter.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/chapter.tex new file mode 100644 index 0000000..27d545e --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/chapter.tex @@ -0,0 +1,9 @@ +%! TEX root = ../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +\chapter{Aufbau} +\input{content/05_aufbau/sections/design} +\input{content/05_aufbau/sections/material_und_methoden} +\input{content/05_aufbau/sections/vergleich_dieses_aufbaus_zu_dem_des_papers} +\input{content/05_aufbau/sections/kalibrierung.tex} +\input{content/05_aufbau/sections/auswertung} diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/figures/DetektorComparison.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/figures/DetektorComparison.tex new file mode 100644 index 0000000..463ef03 --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/figures/DetektorComparison.tex @@ -0,0 +1,64 @@ +%! TEX root = ../../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +\begin{figure}[tbhp] + \begin{tikzpicture} + \node at (0,0) [rectangle,draw] (a) {Detektor}; + \node at (4,0) [rectangle,draw] (b) {Detektor}; + \node at (8,0) [rectangle,draw] (c) {Detektor}; + + \def\offset{0.5} + \def\lineWidth{0.8} + \def\laserDualLine{0.05} + \def\laserLineWidth{0.6} + % a + \node [below] at ($(a) - (0,0.4)$) {$a$}; + \draw[line width=\lineWidth pt] ($(a) + (\offset,\offset)$) -- ($(a) + (-\offset,\offset)$) node [left] {Rayleigh-Sperrfilter}; + \draw[line width=\lineWidth pt] ($(a) + (\offset,\offset * 4)$) node [below right, align=left] {Dichroitischer\\ Spiegel} -- ($(a) + (-\offset,\offset * 2)$); + + \node at ($(a) + (-\offset * 3, \offset * 3)$) [rectangle, draw] (aLaser) {Laser}; + \node at ($(a) + (0, \offset * 9)$) [circle,draw] (aSample) {Probe}; + \node at ($(a) + (0, \offset * 6)$) [ellipse, draw, label=left:Linse, minimum width=1cm] (aLens) {}; + \coordinate (aLaserHit) at ($(a) + (0, \offset * 3)$); + + \draw[red, ->, line width=\laserLineWidth] (aLaser) -- ($(aLaserHit) - (\laserDualLine,0)$); + \draw[red, ->, line width=\laserLineWidth] ($(aLaserHit) - (\laserDualLine,0)$) -- ($(aSample) - (\laserDualLine,0.58)$); + \draw[green,<-, line width=\laserLineWidth] (a) -- (aSample); + + % b + \node [below] at ($(b) - (0,0.4)$) {$b$}; + \coordinate (bFirst) at ($(b) + (\offset,\offset*2)$); + \coordinate (bSecond) at ($(b) + (\offset,\offset)$) ; + + \draw[line width=\lineWidth pt] ($(b) + (-\offset,\offset*2)$) -- (bFirst); + \draw[line width=\lineWidth pt] ($(b) + (-\offset,\offset)$) -- (bSecond); + \node[right, align=left] at ($(bFirst)!0.5!(bSecond)$) (bRayleighThing) {Rayleigh-\\Sperrfilter}; + + + \node at ($(b) + (0, \offset * 9)$) [circle,draw] (bSample) {Probe}; + \node at ($(b) + (-0.3, \offset * 16)$) [rectangle, draw, rotate=90, anchor=north] (bLaser) {Laser}; + \node at ($(b) + (0, \offset * 6)$) [ellipse, draw, label=left:Linse, minimum width=1cm] (bLens1) {}; + \node at ($(b) + (0, \offset * 12)$) [ellipse, draw, label=left:Linse, minimum width=1cm] (bLens2) {}; + + \draw[red,->, line width=\laserLineWidth] (bLaser) -- ($(b) + (0, \offset * 2)$); + \draw[green, ->, line width=\laserLineWidth] ($(bSample) - (\laserDualLine, 0.60)$) -- ($(b) - (\laserDualLine, -0.2)$); + + % c + \node [below] at ($(c) - (0,0.4)$) {$c$}; + + \node at ($(c) + (0, \offset * 9)$) [circle,draw] (cSample) {Probe}; + \node at ($(c) + (0, \offset * 6)$) [ellipse, draw, label=left:Linse, minimum width=1cm] (cLens) {}; + \node at ($(c) + (\offset * 2, \offset * 9)$) [ellipse, draw, rotate=90, anchor=north, label=right:Linse, minimum width=1cm] (cLens) {}; + \node at ($(c) + (\offset * 5, \offset * 9)$) [rectangle, draw] (cLaser) {Laser}; + + \draw[red, ->, line width=\laserLineWidth] (cLaser) -- ($(cSample) + (0.68,0)$); + \draw[green,->, line width=\laserLineWidth] (cSample) -- (c); + \end{tikzpicture} + \caption{ + Vergleich der drei verschiedenen Raman Spektroskop Geometrien: Eine ($a$) + zurückstreuende, ($b$) durchquerende oder ($c$) rechtwinklige Geometrie. + Die roten Strahlen symbolisieren das direkt von dem Laser ausgesandte und + Rayleigh gestreute Licht, die Grünen das von der Probe Raman gestreute Licht. + Die Abbildung ist Abbildung 1 aus \cite{cellPhoneRamanSpec} nachempfunden. + }\label{fig:DetektorPositioning} +\end{figure} diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/figures/builtModel.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/figures/builtModel.tex new file mode 100644 index 0000000..7e082e3 --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/figures/builtModel.tex @@ -0,0 +1,11 @@ +%! TEX root = ../../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +\begin{figure}[h] + \centering + \includegraphics[width=0.9\linewidth]{figures/raman_spectromter_built.jpg} + \caption{ + Das gebaute Modell. + \Vref{fig:builtModelBigger} zeigt das Bild in voller Größe. + }\label{fig:builtModel} +\end{figure} diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/figures/fullProcess.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/figures/fullProcess.tex new file mode 100644 index 0000000..446cf08 --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/figures/fullProcess.tex @@ -0,0 +1,47 @@ +%! TEX root = ../../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +\newcommand{\cleanInput}{% + \includegraphics[width=0.7\linewidth]{paper/input_cleaned.png} +} + +% Magie, die misst wie gross `\cleanInput` ist. Funktioniert nicht, aber man konnte es ja +% mal versuchen. +\newdimen\height +\setbox0=\vbox{\cleanInput} +\height=\ht0 \advance\height by \dp0 + +\begin{figure*}[htpb] + \centering + \begin{subfigure}[b]{0.9\linewidth} + \centering + \cleanInput + \caption{Das Anfangsbild; entnommen aus \cite{cellPhoneRamanSpec}.} + \label[Bild]{fig:ProcessAnfangsBild} + \end{subfigure} + \hfill + \begin{subfigure}[b]{0.9\linewidth} + \centering + \includegraphics[width=0.7\linewidth, height=\the\height]{paper/scaled.png} + \caption{ + \Vref{fig:ProcessAnfangsBild} durch Median Berechnung bereinigt und + skaliert. + } + \label[Bild]{fig:ProcessingMedianClean} + \end{subfigure} + \hfill + \begin{subfigure}[b]{0.9\linewidth} + \centering + \input{resources/images/paper/paper_image_graph.tex} + \caption{ + Der generierte Graph zu \vref{fig:ProcessingMedianClean}. Die ersten + \qty{20}{Pixel} wurden vor der Verarbeitung entfernt, um die Rayleigh Streuung zu + eliminieren. + Generiert wurde dieser Graph mit dem Befehl: \texttt{img2plot ./anfangsbild.png -{}-scale-height 200 -{}-discard 20}. + } + \label{fig:ProcessingGenerierterGraph} + \end{subfigure} + + \caption{Die Schritte, die zur Auswertung des Spektral Bildes unternommen werden.} + \label{fig:ProcessingPicture} +\end{figure*} diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/figures/materialien.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/figures/materialien.tex new file mode 100644 index 0000000..b02c711 --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/figures/materialien.tex @@ -0,0 +1,21 @@ +%! TEX root = ../../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +\begin{table*}[bp] + \center + \begin{tabular}{c|c|c} + Name (Diameters, Brennpunktes, mitt. Dicke) & jetziger Preis & originaler Kaufpreis \\ + \hline + \hline + 30mm Diameter Kollimator Linse (D30F30H3) & \qty{24.73}{\text{\euro}} & \qty{12.90}{\text{\euro}} \\ + 6mm Diameter Fokussierung Linse (D6F30H3) & \qty{6.69}{\text{\euro}} & \qty{3.40}{\text{\euro}} \\ + Plano Konvex Kondensator Linse (D15F10H7.3) & \qty{1.40}{\text{\euro}} & \qty{1.14}{\text{\euro}} \\ + Gitter 1200 Linien/mm 20x10x2mm & \qty{17.68}{\text{\euro}} & \qty{20.59}{\text{\euro}} \\ + 1875 532nm 50mw Laser & \qty{31.86}{\text{\euro}} & \qty{39.38}{\text{\euro}} \\ + \end{tabular} + \caption{ + Liste aller Bauteile mit ihrer jeweiligen Namen, dem originalen Kaufpreis und + dem jetzigen Preis (Stand: \DTMdate{2024-04-29}) um die möglichen Preisfluktuationen zu + zeigen. + }\label{fig:materialien} +\end{table*} diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/figures/threeDModel.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/figures/threeDModel.tex new file mode 100644 index 0000000..fe3aeed --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/figures/threeDModel.tex @@ -0,0 +1,74 @@ +%! TEX root = ../../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +% \imagelabelset{ +% coarse grid color = red, +% fine grid color = gray, +% image label font = \sffamily\bfseries\small, +% image label distance = 2mm, +% image label back = black, +% image label text = white, +% coordinate label font = \sffamily\bfseries\scriptsize, +% coordinate label distance = 2mm, +% coordinate label back = black, +% coordinate label text = white, +% annotation font = \normalfont\small, +% arrow distance = 1.5mm, +% border thickness = 0.6pt, +% arrow thickness = 0.4pt, +% tip size = 1.2mm, +% outer dist = 0.5cm, +% } +% \let\tikzset\imagelabelset + +\begin{figure}[h] + \center + \begin{tikzpicture} + % Grid + % \draw[very thin, draw=gray, step=0.5] (0,0) grid (7,7); + % \draw[thin, draw=\maingridcolor, xstep=0.1, ystep=0.5] (0,0) grid (7,7); + % \foreach \x in {0,1,...,7} { + % \node [anchor=north] at (\x,0) {\tiny \x}; + % } + % \node [anchor=north] at (1,0) {\tiny 1}; + % + % \foreach \y in {0,1,...,7} { + % \node [anchor=east] at (0,\y) {\tiny \y}; + % } + % \node [anchor=east] at (0,1) {\tiny 1}; + + + \node[] (kuvette) at (1,0.5) {Küvette}; + \node[] (laser) at (-0.5,4) {Laser}; + \node[] (kollimationsLinse) at (2.5,3.5) {Kollimations Linse}; + \node[] (planoKonvexeFokusLinse) at (1,5) {Plano-konvexe Fokus Linse}; + \node[] (smartphoneHalterung) at (6,5) {Smartphone-Halterung}; + \node[] (abnehmbarerGitterHalter) at (6,0) {abnehmbarer Gitter Halter}; + \node[] (schieneFürLinsenHalter) at (3,-1) {Schiene für Linsen/Halter}; + \begin{scope}[xshift=0cm] + \node[anchor=south west,inner sep=0] (image) at (0,0) {\includegraphics[width=0.9\columnwidth]{figures/3d_raman_spectrometer_model_trans.png}}; + \begin{scope}[x={(image.south east)},y={(image.north west)}] + \draw [-{Circle[fill=black, length=\tipsize, width=\tipsize]}, black, line width = 0.4pt] (kuvette) to (0.3,0.45); + \draw [-{Circle[fill=black, length=\tipsize, width=\tipsize]}, black, line width = 0.4pt] (laser) to (0.2,0.6); + \draw [-{Circle[fill=black, length=\tipsize, width=\tipsize]}, black, line width = 0.4pt] (kollimationsLinse) to (0.42,0.5); + \draw [-{Circle[fill=black, length=\tipsize, width=\tipsize]}, black, line width = 0.4pt] (planoKonvexeFokusLinse) to[out=0, in=90] (0.64,0.6); + \draw [-{Circle[fill=black, length=\tipsize, width=\tipsize]}, black, line width = 0.4pt] (smartphoneHalterung) to (0.7,0.7); + \draw [-{Circle[fill=black, length=\tipsize, width=\tipsize]}, black, line width = 0.4pt] (abnehmbarerGitterHalter) to (0.8,0.76); + \draw [-{Circle[fill=black, length=\tipsize, width=\tipsize]}, black, line width = 0.4pt] (schieneFürLinsenHalter) to (0.6,0.34); + \end{scope} + \end{scope} + \end{tikzpicture} + + % \draw[annotation left = {Küvette at 0.8}] to (0.39,0.45); + % \draw[annotation left = {Laser at 0.5}] to (0.2,0.6); + % \draw[annotation below = {Kollimations Linse at 0}] to (0.42,0.5); + % \draw[annotation below = {Plano-konvexe Fokus Linse at 0.6}] to (0.64,0.6); + % \draw[annotation above = {Smartphone-Halterung at 0}] to (0.7,0.7); + % \draw[annotation above = {abnehmbarer Gitter Halter at 0.6}] to (0.76,0.7); + % \draw[annotation right = {Schiene für Linsen/Halter at 0.5}] to (0.6,0.34); + \caption{ + Das 3d Modell für den Aufbau. + \Vref{chap:Links} beinhaltet einen Link zu dem \texttt{OpenSCAD} Quellcode. + \Vref{fig:threeDModelBigger} zeigt das Bild in voller Größe. + }\label{fig:threeDModel} +\end{figure} diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/sections/auswertung.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/sections/auswertung.tex new file mode 100644 index 0000000..5b39717 --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/sections/auswertung.tex @@ -0,0 +1,54 @@ +%! TEX root = ../../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +\newcommand{\imgplot}{\texttt{img2plot}} +\newcommand{\Imgplot}{\texttt{img2plot}} + +\section{Auswertung}\label{sec:Auswertung} % 2024-04-28 (16:01) +Die Auswertung hält sich nah an der Methode, die in \cite{cellPhoneRamanSpec} vorgeschlagen wird. + +Sie wird vollends durch ein Programm, \imgplot{} genannt, umgesetzt. + +Die Auswertung ist in vier Schritte unterteilt (welche sich aus \vref{chap:Code} ergeben): +\begin{enumerate} + \item Das Bild wird so oft um \qty{90}{\degree} gedreht, bis die Spektrale Aufspaltung + horizontal vorliegt. Die Anzahl der Rotationen müssen \imgplot{} angegeben + werden. + + \item Das Bild wird in seine einzelnen Spalten unterteilt. Für jede dieser Spalten + wird ein Medianwert aus ihren Pixeln errechnet. Das Bild hat danach eine Höhe von + einem Pixel, behält aber seine originale Breite. Ziel dieses Schrittes ist es, + mögliche Unreinheiten oder Lichteinschläge des Bildes zu entfernen. Der Effekt + dieser Normalisierung kann in \vref{fig:ProcessingMedianClean} gesehen werden.\label{subsec:MedianClean} + + \item Mögliche Rayleigh Streuung wird am linken Bildrand ausgeblendet, indem eine + spezifizierte Anzahl von Pixeln entfernt wird. Dies macht es möglich, störende + Rayleigh Streuung aus dem resultierenden Graphen zu filtern. In + \vref{sec:Design} wird dargelegt, warum der Verlust der niedrigen Wellennummer + Verschiebungen akzeptable ist. Diese Ausblendung findet nur statt, wenn sie + explizit spezifiziert wird. \label{subsec:RayleigGone} + + \item Das Bild, welches ab \vref{subsec:MedianClean} als 2D Repräsentation vorliegt, + wird in Datenpunkte für den resultierenden Graphen umgewandelt: \Imgplot{} + durchläuft hierbei die Pixel des 2D Bildes von links nach rechts, normalisiert die + Rot-, Grün- und Blauwerte (d.~h. sie werden durch ihren Maximalwert dividiert) + und bildet aus diesen dann ein gemeinsames arithmetisches Mittel. \Imgplot{} + gibt diese dann vorformatiert als \LaTeX{} Code aus, damit das Diagramm direkt + in einem (\LaTeX{}) Dokument eingebunden werden kann. +\end{enumerate} + +\input{content/05_aufbau/figures/fullProcess.tex} + +Dieser Prozess ist exemplarisch in \Vref{fig:ProcessingPicture} dargestellt. + +\hr + +Da die Pixelzahlen völlig von der Qualität, in der das Bild aufgenommen wurde, abhängen, +ist es notwendig eine Eichung vorzunehmen. Um zu bestimmen, welche Pixel Distanzen +welchen Wellennummer-Verschiebungen zuzuordnen sind, wird ein Graph mit einer Substanz +erstellt, von der ein Raman-Spektrum vorliegt. Dann werden die Peaks aufeinander +verschoben, und eine Zuordnung ist ablesbar. + +Da aber die Aufnahmen in diesen Aufbau nicht nutzbar sind, ist eine Kalibrierung auch +nicht möglich. Diese benötigt nämlich notwendigerweise ein Spektral Bild, aufgenommen in derselben +Qualität, um einen Vergleich der Werte zu ermöglichen. diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/sections/design.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/sections/design.tex new file mode 100644 index 0000000..45ee543 --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/sections/design.tex @@ -0,0 +1,37 @@ +%! TEX root = ../../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +\section{Design}\label{sec:Design} % 2024-04-25 (11:56) +Wie schon kurz in \vref{chap:Einleitung} erwähnt, ist das Design des Spektrometers auf +zwei Parameter fokussiert: Ein relativ günstiger und simpler, von komplexen Laseroptiken +entfernter Aufbau, der es dem Raman Spektrometer ermöglicht auch in +Unterrichtsszenarien angewendet zu werden. + +\input{content/05_aufbau/figures/DetektorComparison.tex} + +Es gibt zwei hauptsächliche Ansatzpunkte, um die obengenannten Ziele umzusetzen: +\begin{enumerate} + \item Der Detektor muss notwendigerweise das Smartphone sein, da es als einziger + Detektor zu einer hohen Wahrscheinlichkeit bereits verfügbar ist, und deshalb nicht zu + den Materialien dazu gezählt werden muss. Damit werden die Kosten des Detektors aus + dem Gesamtpreis entfernt. + + % FIXME: Not a perfect fit, but I really tried (for like 10+ minutes) <2024-04-28> + \vspace*{250px} + + \item Die Laseroptiken sind zum Teil redundant, sofern der Detektor + einer rechtwinkligen Positionierung ($c$) unterzogen wird. In + \vref{fig:DetektorPositioning} werden die verschiedenen möglichen Geometrien + gezeigt. Wie in \cite{cellPhoneRamanSpec} erwähnt reduziert der Aufbau nach + $(c)$ die ankommende Rayleigh Streuung, was es ermöglicht die sowohl bei $(a)$ + und $(b)$ notwendigen Rayleigh Sperrfilter zu entfernen. Die Reduktion des + ankommenden Streulichts, welche die Rayleigh Sperrfilter überflüssig macht, + reduziert allerdings auch das ankommende Stokes (und anti Stokes) gestreute Licht. + Dies ist allerdings durch eine längere Belichtungszeit und nachträgliche Entfernung + der Rayleigh Streuung (wie in \vref{subsec:RayleigGone} gezeigt) auszugleichen, + da eine sehr hohe Genauigkeit, bei den genannten Zielen, zu vernachlässigen ist. +\end{enumerate} + +Da die Genauigkeit durch den -- geringen -- Anteil der Rayleigh Streuung, die die Aufnahme +stört, schon reduziert wurde, erscheint es sinnvoll auch auf Kunststoffoptiken zu setzen, +da diese sowohl günstiger als auch sicher vor Kratzern sind. diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/sections/kalibrierung.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/sections/kalibrierung.tex new file mode 100644 index 0000000..7fef5da --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/sections/kalibrierung.tex @@ -0,0 +1,59 @@ +%! TEX root = ../../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +\section{Kalibrierung} % 2024-04-28 (15:05) +Vor der Auswertung werden die Brennpunkte der beiden Linsen aufeinander eingestellt, indem man +den Laser um \qty{90}{\degree} dreht, damit er direkt auf die Mitte der Streuung einfangenden +Linse leuchtet. Diese leichte Veränderung ermöglicht es, den Gitterhalter, der normalerweise +auf der Smartphone-Halterung angebracht ist, gegen ein weißes Blatt Papier zu tauschen, auf dem +sich dann die Fokussierung des Lasers in Form eines grünen Punktes ersichtlich macht. Hierbei +werden die Entfernungen zwischen den beiden Linsen und zwischen der letzten Linse und dem Gitter +so lange verändert, bis der Laserpunkt möglichst scharf zu sehen ist. Zum Eigenschutz, und +um den Laserpunkt, der sonst von dem Streulicht der Reflexion an dem Papier überdeckt wird, +sehen zu können, wird eine Laserschutzbrille getragen. + +Nach Befestigung der Linsen- und des Smartphone-Halters durch die Schrauben in der Schiene, +wird der Laser wieder auf den rechtwinklig positionierten Sockel gesetzt. Um nun den Laser +selbst auf die Probe zu fokussieren, wird dieser so weit nach vorne bewegt, bis in der Küvette +(gefüllt mit Wasser) ein klarer Strahl ersichtlich ist. Auch dies wird mit einer Schutzbrille +durchgeführt. + +\section{Aufnahme} +Die wirkliche \emph{Aufnahme} des Spektral-Bildes soll an dieser Stelle durch +Wiederanbringung des Gitters an dem Smartphone-Halter und Einlage des Smartphones leicht +vonstattengehen. + +Um die Aufnahmen zu machen wird die OpenCamera \cite{openCamera} Anwendung auf einem Samsung +A50 Smartphone genutzt. Sie wird durch F-Droid \cite{fDroid} installiert. Die Einstellungswerte +(ISO, Verschlusszeit, etc.) werden der Automatik überlassen, da keine nennenswerten +Unterschiede, durch Veränderung, ersichtlich sind. + +\begin{figure}[h] + \centering + \includegraphics[width=0.9\linewidth]{figures/own/d.jpg} + \caption{ + Aufnahme des Smartphones, nachdem alle Schritte der Kalibrierung vollzogen waren. + Man beachte, dass das Gitter vor der Smartphone-Kameralinse eine Aufspaltung des + Lichts verursachen sollte, diese Aufspaltung allerdings nur minimal in der Verdopplung der + Linse erkennbar wird. + } + \label[Bild]{fig:AufgenommensBild} +\end{figure} +\begin{figure}[h] + \centering + \includegraphics[width=0.9\linewidth]{paper/input_cleaned.png} + \caption{ + Aufnahme entnommen aus \cite{cellPhoneRamanSpec}. Man erkennt, im Gegensatz zu + \vref{fig:AufgenommensBild}, dass hier eine Aufspaltung des Lichts stattfand. + } + \label[Bild]{fig:SpektrumAusDemPaper} +\end{figure} + +\Vref{fig:AufgenommensBild} zeigt eine der Aufnahmen, die nach der Kalibrierung, +aufgenommen wurden. +\Vref{fig:SpektrumAusDemPaper} hingegen zeigt eine Aufnahme, welche aus +\cite{cellPhoneRamanSpec} entnommen wurde. Mögliche Gründe, woher diese Unterschiede in +den Aufnahmen kommen, werden in \vref{chap:BewertungDerErgebnisse} weiter erörtert. + +Da die Auswertung abseits der initialen Bildaufnahme funktioniert, wird nachfolgend +\vref{fig:SpektrumAusDemPaper} exemplarisch ausgewertet. diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/sections/material_und_methoden.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/sections/material_und_methoden.tex new file mode 100644 index 0000000..a568ebb --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/sections/material_und_methoden.tex @@ -0,0 +1,48 @@ +%! TEX root = ../../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +\section{Material und Methoden}\label{sec:MaterialUndMethoden} % 2024-04-26 (19:29) +Die Materialien und ihre jeweiligen Preise sind \vref{fig:materialien} zu entnehmen. Insgesamt +kosten die Bauteile ca. \qty{77.41}{\text{\euro}}. + +\input{content/05_aufbau/figures/materialien.tex} + +Neben diesen genannten Materialien wird auch noch eine Küvette benötigt, die auf allen vier Seiten +klar ist. Dies ist notwendig, um die rechtwinklige Geometrie nutzen zu können. + +Den ausgebreiteten Prinzipien aus \vref{sec:Design} folgend, wird ein 3D Modell erstellt, +welches als Plattform den Aufbau signifikant erleichtert. \Vref{fig:threeDModel} zeigt dieses +Modell und die verschiedenen Teile. + +\input{./content/05_aufbau/figures/threeDModel.tex} + +Diese gedruckte Plattform bringt mehrere Vorteile mit sich: + +Zum einen ermöglicht sie, als durch OpenSCAD parametrisiertes, d.~h. mit Abhängigkeiten zwischen +den einzelnen Größen der Bauteile versehenes Modell, eine leichte Anpassbarkeit an abgeänderte Bauteile +(z.~B. ist der Aufwand einen \qty{1}{\centi\meter} längeren Laser zu nutzen, beschränkt auf die +Veränderung der Längenangabe des Lasers in der \texttt{measurements.scad} Datei. Der Sockel, +auf dem der Laser ruht, wird dann automatisch \qty{1}{\centi\meter} länger um sich an die vergrößerte +Länge anzupassen.). + +Zum anderen kann das Modell die Größenunterschiede der verschiedenen Teile ausgleichen: Der +Sockel des Lasers ist auf genau der Höhe, die benötigt wird, damit der Laserstrahl die Mitte +der Küvette treffen kann, die die zu analysierende Flüssigkeit enthält. + +Die Linsen sind ebenfalls durch Stiele auf eine Höhe gebracht, die es ermöglicht, +dass der Laserstrahl die Mittelpunkte der Linsen durchquert. (Man beachte hierbei den etwas +längeren Stiel der kleineren Linse in \vref{fig:threeDModel}.). + +Natürlich sind die einzelnen Höhen auch an die Position der Smartphone-Linsen angepasst. + +\hr + +Neben diesen Vorteilen, die sich alleine von der Parametrisierung ableiten, sind andere +ebenfalls wichtig: + +Die Linsen und die Smartphone-Halterung sind mit Ankern versehen, die es ermöglichen sie +in der Schiene zu verschieben, um die einzelnen Brennweiten aneinander anzupassen. Ist dies +geschehen, können in die Löcher, die in der Schienen Wand eingelassen sind, genutzt +werden, um diese zu fixieren. Hierbei werden M5x20 Schrauben benutzt. + +\input{./content/05_aufbau/figures/builtModel.tex} diff --git a/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/sections/vergleich_dieses_aufbaus_zu_dem_des_papers.tex b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/sections/vergleich_dieses_aufbaus_zu_dem_des_papers.tex new file mode 100644 index 0000000..d878906 --- /dev/null +++ b/reference/C_Facharbeit_komplett/content/05_aufbau/sections/vergleich_dieses_aufbaus_zu_dem_des_papers.tex @@ -0,0 +1,7 @@ +%! TEX root = ../../../facharbeit.tex +% LTeX: language=de-DE + +% TODO: Vllt. schreibe ich hier noch etwas, aber es sieht zeitlich schlecht aus. <2024-04-30> + +% \section{Vergleich dieses Aufbaus zu dem des Papers} % 2024-04-28 (15:26) +% Dies ist etwas text -- cgit 1.4.1